含砷金礦石預處理技術

先給核心結論：

• 含砷金礦石預處理技術的必要源于金被毒砂或含砷黃鐵礦等礦物包裹，直接氰化浸出率通常低于50%

• 目前工業上成熟的技術路線包括焙燒氧化法、加壓氧化法、生物氧化法和化學氧化法，各自適用不同礦石類型

• 綜合對比中焙燒氧化法技術最成熟，加壓氧化法浸出率最高(97%以上)且環保性最佳，生物氧化法投資和運營成本最低，化學氧化法適合小規模和靈活處理場景

• 兩段焙燒、加壓氧化與固化穩定化、耐高砷復合工程菌等創新技術，已實現砷的穩定固化，將含砷金礦中的金浸出率從20%-30%提升至92%以上

• 近年來熱壓氧化、生物氧化等技術的工業突破，使原來不能利用的砷、銻、碳質類難處理金礦資源產生新的經濟價值

一、含砷金礦石“難處理”的根本原因

含砷金礦石被業內稱為“呆礦”，直觀的原因是金以極微細的狀態包裹于毒砂或含砷黃鐵礦中，直接氰化時浸出率往往不到30%，大部分金被砷礦物包裹著出不來。在工藝礦物學上，含砷金礦石難處理的原因可以歸納為三個方面。

第一，毒砂和含砷黃鐵礦等硫化礦物將金致密包裹。金顆粒通常以微細粒或次顯微粒狀態鑲嵌在黃鐵礦、砷黃鐵礦的晶體結構中，即使磨至極細粒度，也無法使金顆粒完全暴露，浸出劑無法直接與金反應。第二，有害雜質砷在氰化過程中會消耗大量浸出劑，降低浸出效率，使氰化鈉的耗量明顯增加。第三，部分含砷金礦石還伴生有機碳等劫金物質，這些碳質物在浸出過程中會重新吸附已溶金，造成金的二次損失。

常規氰化法處理此類礦石，浸出率一般在20%-50%的區間波動，含砷量越高對浸出效果的負面影響越顯著。數據顯示，全球黃金儲量中超過60%都是難處理金礦資源，其中含砷金礦石占據相當大的比例，而目前全球易處理的富礦資源正日漸枯竭，因此含砷金礦石的預處理技術開發已成為黃金生產中不可或缺的關鍵環節。

二、浮選脫砷

在含砷金礦石處理的整體流程中，浮選脫砷通常不作為最終的預處理手段，而是作為后續預氧化處理的前置工序。當礦石中的砷以毒砂、雄黃、雌黃等獨立礦物存在，且金與砷具有一定可分離性時，浮選是一種低成本、高效率的選擇。

抑砷浮金是最常用的浮選方案。采用石灰將礦漿pH值調節至11-12，石灰中的鈣離子可以在毒砂表面形成親水膜，有效抑制毒砂的可浮性。配合使用亞硫酸鈉和腐植酸鈉作為組合抑制劑，控制礦漿電位不大于-150毫伏，可進一步提高抑砷選擇性。捕收劑則選用丁基黃藥與丁銨黑藥的組合，優先浮選金礦物。經過這種浮選處理后，金精礦中的砷含量可降至0.3%以下，脫砷率可達95%以上。含砷較低的浮選尾礦可直接進行尾礦處理，含砷較高的金精礦則送入下一階段的預氧化系統。

對于砷含量極高或金與砷呈晶格包裹關系的礦石，單純浮選無法將砷降至氰化工藝可接受的水平，仍然需要配合后續的預氧化處理。浮選脫砷的價值在于大幅降低進入昂貴預氧化流程的物料量，從而降低整體處理成本。

三、焙燒氧化法

焙燒氧化法是目前難處理金礦最常用的預處理手段，也是國內外多年來工業應用最成熟的方法。其原理是基于載金礦物（黃鐵礦、毒砂、有機碳等）在高溫條件下氧化，使砷、硫呈氧化態揮發，碳質物燃燒或失去活性，焙燒后生成疏松多孔的焙砂結構，被包裹的金充分暴露出來，氰化液得以與金接觸并溶解。

根據礦石中砷含量的高低，焙燒氧化法分為一段焙燒和兩段焙燒兩種工藝路線。當礦石砷含量較低，砷含量不大于0.2%時，通常采用一段焙燒法，在650-750℃的溫度區間焙燒數小時，可有效除去硫和碳，同時將剩余砷轉化為較為穩定的砷酸鹽形式。當礦石砷含量較高，砷含量大于0.3%時，則需要采用兩段焙燒法。第一段在較低溫度下（400-600℃，通常為450-550℃），在弱氧或缺氧條件下加熱數小時，砷優先以三氧化二砷的形式揮發，脫砷率可達98%以上；第二段在較高溫度下（600-800℃，通常為600-650℃），在富氧條件下進行強氧化焙燒，進一步脫除硫和碳，并穩定殘余的砷，充分打開金的包裹層。工業上對高砷難處理金精礦的兩段焙燒工藝進行了多項創新，例如含砷金精礦兩段焙燒回收金工藝采用兩段焙燒配合活化劑的方法，有效去除了砷、碳、硫有害雜質，為氰化浸出創造了有利條件，焙燒過程中雜質以氣態形式排出并通過工藝裝備回收實現資源再利用。

將兩段焙燒工藝升級為更精細的三級處理（還原焙燒—酸浸—氧化焙燒），可以獲得更高的金浸出率。某含砷6.31%、硫21.50%的典型難處理金精礦，采用兩段焙燒—氰化工藝處理后，金浸出率僅為86.80%。在相同原料條件下采用還原焙燒—酸浸—氧化焙燒—氰化三級工藝處理，金浸出率達93.60%，較兩段焙燒工藝提高了6.80個百分點。這種三級工藝通過酸浸環節進一步溶出焙砂中殘留的砷、鐵等干擾元素，顯著改善了氰化浸出環境。

焙燒氧化法對高砷、高硫、高碳質類金礦的處理效率已經得到充分驗證，綜合回收率可穩定在90%-96%的區間。通過配套煙氣處理系統回收三氧化二砷和制酸，在解決環保問題的同時實現砷的資源化利用。兩段焙燒工藝通過合理的溫度控制，還可在焙燒過程中同步回收砷和硫產物。但焙燒氧化法的缺點也比較突出：能耗較高；煙氣處理系統投資大、操作復雜，環保成本較高；部分砷可能在礦物表面形成二次覆蓋，影響后續氰化浸出率；對于碳質含量較高的礦石，碳燃燒產生的高溫可能導致局部過燒，使焙砂致密化反而降低浸出率。這些問題的存在推動著業內持續研發更節能、更環保的焙燒新工藝。

四、加壓氧化法

加壓氧化法是目前處理硫化物包裹型金礦最有效的工藝之一，它利用高溫和高壓條件強化氧化反應，破壞毒砂和黃鐵礦的晶體結構，使包裹的金完全暴露出來。加壓氧化處理具有氧化徹底、金浸出率高、環境污染小、適應面廣等優點，對設備材質的要求很高。

加壓氧化預處理是在加壓容器（高壓釜）中，往砷金礦的酸性或堿性礦漿中通入氧氣，在高溫（通常為170-220℃）和高壓（1.5-3.0兆帕）條件下進行氧化反應。反應過程中，硫化物被氧化為硫酸鹽，毒砂中的砷被氧化為可溶性砷酸鹽，從而將包裹在硫化物中的金顆粒完全解離，便于氰化物對金的高效浸出。經過加壓氧化預處理后再進行氰化，金浸出率可大幅提升。采用高溫高壓氧化的方法處理復雜難處理金精礦，在礦漿液固比4:1、反應溫度200-220℃、氧氣分壓0.6-0.8兆帕、加壓氧化4小時的條件下，可獲得高達97.15%的金回收率。

根據介質的性質，加壓氧化法可分為酸性加壓氧化和堿性加壓氧化兩種類型。工業應用的介質通常為酸性，酸性熱壓氧化預處理技術大部分反應在氧氣下進行，反應速度快、應用范圍廣、浸出率高。但酸性加壓氧化對設備的耐腐蝕性要求極高，高壓釜通常需要鈦材或耐酸合金制造，投資成本顯著增加。堿性加壓氧化所需的溫度和壓力更低，對反應釜的耐腐蝕性要求也更寬松，生產成本遠小于酸性加壓氧化，但其工藝對原料性質的要求更高，僅能處理砷硫含量較低的金礦石，氧化渣的金浸出率也不高，因此應用受到一定限制。

加壓氧化法的一大優勢是無有害氣體排放。含砷金礦在加壓氧化過程中，砷被轉化為穩定無害的砷酸鐵沉淀并固定在渣中，達到了環保固砷的目標，避免了焙燒法產生的二氧化硫和三氧化二砷廢氣污染。含砷難處理金礦加壓預氧化關鍵技術集成了加壓預氧化工藝、環境友好型穩定固砷技術、系統酸平衡和熱平衡調控關鍵技術以及高溫高壓工藝裝備工程化關鍵技術，已在我國多個含砷、含銻、碳質類難處理金礦項目中實現產業化應用，可有效提升金回收率，提高資源利用率和企業經濟效益，改善生態環境。該技術解決了直接提取回收率低、焙燒工藝污染嚴重的難題，具有工藝先進、自動化程度高、建設周期短、投資小、達產快等特點，在含砷、銻、碳質等難處理金礦中具有較好推廣前景。

加壓氧化法存在設備投資高和運行成本高的問題。進口加壓氧化系統長期被少數國外企業壟斷，技術和設備價格居高不下。國內大型礦業企業通過自主研發成功攻克了加壓預氧化技術壁壘，紫金礦業自主研發的加壓預氧化系統在貴州紫金水銀洞金礦成功實現產業化，大幅提高了金綜合回收率，原來不能利用的約50噸金資源產生新的經濟價值，新增經濟效益估值約為100億元，標志著中國掌握了該領域的核心技術和裝備制造能力，為未來技術推廣和成本下降奠定了重要基礎。

五、生物氧化法

生物氧化法是利用嗜酸微生物的代謝活性氧化分解硫化礦物的預處理技術。在環境溫度下（通常為25-45℃），鐵硫桿菌、硫化裂片菌等微生物在酸性環境中生長繁殖，通過直接接觸或間接氧化作用分解毒砂和黃鐵礦等載金礦物，使硫和砷以可溶性硫酸鹽和砷酸鹽的形式進入溶液，從而打開金的包裹。

生物氧化法的主要優點是環境友好、投資小、生產成本較低。采用耐高砷復合工程菌可實現砷耐受濃度最高可達25克/升，可處理含砷高達17%的金精礦，金浸出率超過92%。工藝流程通過優化礦漿濃度至25%-27%、開發高效節能型生物反應器以及環流式旋風消泡器，單槽處理能力提升25%，能耗降低67%，生產能力實現了大幅提升，綜合回收率最高達到94.17%。

但該技術也存在氧化周期長、礦漿濃度低、操作條件敏感的局限性。由于氧化細菌受溫度和重金屬離子濃度的限制，生產上氧化礦漿濃度較低（一般為8%-15%之間），氧化周期較長（一般為5-10天），導致單位設備的處理效率不高，在一定程度上限制了該方法的推廣應用。目前的技術攻關方向集中在工程菌馴化、反應器設計和工藝集成上。長春黃金研究院等單位通過對菌種的定向馴化，開發了分支串流氧化逆流洗滌脫砷的三段預處理新工藝，使砷脫除率達到96%，液相砷轉化為砷酸鈣和砷酸鐵固化，生物氧化處理含砷金精礦中砷的品位由4%-6%提高至15%以上。

生物氧化法在處理低品位、含砷量適中的礦石時具有明顯的經濟優勢，尤其適合規模適中、環保要求高、投資預算有限的礦山項目。已建成的百噸級生物氧化提金生產線運行穩定，處理能力從100噸/日提升至200噸/日，為該項技術在更大范圍內的推廣應用積累了寶貴經驗。

六、化學氧化法

化學氧化法是一種在常溫常壓下通過添加強氧化劑來氧化分解包裹礦物的預處理技術。與前述三種方法相比，它的設備投資最低、建設速度最快，操作簡單靈活，尤其適合小型礦山、尾礦堆浸或老礦山資源回收等處理量不大的場景。

化學氧化法的核心在于選擇合適的氧化劑體系。常用的氧化劑包括高錳酸鉀、次氯酸鈉、過氧化氫、臭氧等，這些氧化劑在常溫條件下即可對毒砂和含砷黃鐵礦產生氧化作用，破壞硫化礦物的晶體結構，從而使被包裹的金得以暴露。在最佳條件下，硫砷轉化率可以達到90%以上，金浸出率從傳統提金工藝的0-50%大幅提升至85%-98%，工藝流程與炭漿法基本一致，從預處理到浸出吸附可以在常規攪拌槽中連續完成。

含砷難處理金礦化學預氧化浸出提金新工藝通過加入脫砷劑TS-08進入強化攪拌槽中進行深度氧化預處理，預處理結束后礦漿直接進入浸出槽進行浸出、碳吸附等常規提金操作。該工藝的特色在于：常溫常壓操作，無高壓危險；堿性環境對設備無腐蝕問題；脫砷劑綠色環保；操作簡單，管理方便；投資低，建設速度快；運行成本低，經濟效益好。這一技術路線為焙燒氧化、加壓氧化、生物氧化三大主流技術之外提供了一種更輕量化的解決方案。

化學氧化法的局限性主要體現在藥劑成本較高和處理規模受限兩個方面。對小規模應用而言，藥劑成本尚可接受；但隨著處理規模的擴大，氧化劑消耗量的快速增加會使噸礦成本大幅上升，在大規模生產中難以與焙燒氧化或加壓氧化競爭。因此化學氧化法的定位明確：為處理量不大、資金不充裕、或者需要靈活移動處理的小型項目提供一條可行路徑。

七、預處理方案綜合對比

八、工業化應用案例

紫金礦業水銀洞金礦加壓預氧化。貴州紫金水銀洞金礦位于黔西南州，已探明黃金儲量約為250噸，金礦主要以含砷、含碳的卡林型金礦為主，是典型的難處理金礦，之前由加拿大丹斯通公司擁有但因該礦難選冶無法開發利用而被放棄。紫金礦業接手后，依托自主研發的加壓預氧化技術成功攻克難題，實現了產業化，投產達標后金綜合回收率提高了30%，原來不能利用的約50噸金資源產生新的經濟價值，新增經濟效益估值約為100億元。該項目標志著中國在該領域的技術和裝備能力達到國際領先水平。

遼寧天利金業生物氧化。遼寧天利金業于2003年建成國內首條百噸級生物氧化提金生產線，采用耐高砷復合工程菌處理含砷金精礦，使砷耐受濃度達到25克/升，可處理含砷高達17%的金精礦，金浸出率超過92%。該項目首次實現了生物氧化提金技術的大規模工業生產，為國內同類難處理金礦資源開發提供了可復制的技術示范